L'équipe de l'académicien GUO Guangcan de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences a fait d'importants progrès dans la recherche sur le froid atome imagerie super-résolution. L'équipe a réalisé une imagerie à super-résolution d'un seul ion dans un système de piège à ions. Les résultats ont été publiés dans Physical Review Letters.
Le système d'atomes froids est une plate-forme expérimentale idéale pour étudier la physique quantique, ainsi qu'un système physique important pour la recherche expérimentale sur la simulation quantique, l'informatique quantique, et la mesure de précision quantique. L'imagerie à haute résolution d'une seule particule est l'une des principales techniques expérimentales du système d'atomes froids. Au cours des dix dernières années, la technologie d'imagerie microscopique du système d'atomes froids s'est développée rapidement. Cependant, les technologies nouvellement développées sont encore limitées par la limite fondamentale de diffraction optique, et la résolution ne peut atteindre que l'ordre de la longueur d'onde optique. Il est difficile d'étudier les phénomènes quantiques liés aux détails de la fonction d'onde. L'étude de ces problèmes nécessite une imagerie optique à super-résolution.
L'imagerie optique à super-résolution est devenue un outil mature dans les domaines de la chimie et de la biologie. Cependant, en raison de la complexité des expériences d'atomes froids, il est extrêmement difficile d'appliquer la technologie d'imagerie à super-résolution aux systèmes d'atomes froids. Avant cela, le monde n'avait pas encore fait de progrès sur l'imagerie directe à super-résolution d'atomes (ions) uniques.
Dans cette étude, les chercheurs ont adopté l'idée principale de la microscopie à déplétion d'émission stimulée (STED) dans le domaine de l'imagerie à super-résolution classique et l'ont combinée à la technologie d'initialisation et de lecture de l'état quantique atomique du système d'atomes froids. Ils ont réalisé pour la première fois une imagerie super-résolue d'un seul atome froid (ion) directement.
Les résultats expérimentaux ont montré que la résolution spatiale de la méthode d'imagerie peut dépasser la limite de diffraction de plus d'un ordre, et la résolution d'imagerie de 175 nm peut être atteinte en utilisant un objectif avec une ouverture numérique de seulement 0.1.
Pour démontrer davantage l'avantage de la résolution temporelle de cette méthode, les chercheurs ont obtenu à la fois une résolution temporelle de 50 ns et un positionnement ionique unique. précision de 10 nm, et a utilisé cette méthode pour capturer clairement les oscillations harmoniques rapides de l'ion dans le piège. Théoriquement, en augmentant l'ouverture numérique de l'objectif d'imagerie et le taux d'extinction du centre de la lumière appauvrie (le spot du beignet), la résolution spatiale peut être encore améliorée jusqu'à moins de 10 nm.
Cette technique expérimentale peut être étendue à la mesure multicorps et de corrélation de systèmes d'atomes froids, et présente une bonne compatibilité avec d'autres systèmes d'atomes froids. Il peut être appliqué aux réseaux optiques, aux pincettes optiques à atomes neutres et aux systèmes hybrides atome-ion froid.
Référence : « Imagerie super-résolue d'un seul atome froid sur une échelle de temps de la nanoseconde » par Zhong-Hua Qian, Jin-Ming Cui, Xi-Wang Luo, Yong-Xiang Zheng, Yun-Feng Huang, Ming-Zhong Ai, Ran He , Chuan-Feng Li et Guang-Can Guo, 23 décembre 2021, Physical Review Letters.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.127.263603
